表面活性劑在潤滑油中的應(yīng)用

張宜哲， 郭小川，何 燕，宋 輝

(1.中國人民解放軍后勤工程學(xué)院 重慶 401311； 2. 93090部隊， 沈陽 110015)

表面活性劑在潤滑油中的應(yīng)用

張宜哲1， 郭小川1，何 燕1，宋 輝2

(1.中國人民解放軍后勤工程學(xué)院 重慶 401311； 2. 93090部隊， 沈陽 110015)

表面活性劑是多種潤滑油添加劑的重要組分，對于潤滑油各項理化指標的改進效果較好，其在環(huán)境友好潤滑油生產(chǎn)、廢油再生、含潤滑油廢水的處理過程中得到了較多應(yīng)用。對目前潤滑油生產(chǎn)及其工業(yè)后處理過程中表面活性劑的應(yīng)用情況進行了綜述，介紹了表面活性劑對潤滑油分散穩(wěn)定性、生物降解性的促進作用，介紹了其在廢油再生、含潤滑油廢水的處理過程中所起到的重要作用。

表面活性劑；潤滑油；分散穩(wěn)定性；生物降解性

表面活性劑是指少量加入即可使溶液體系界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的化學(xué)物質(zhì)，其具有兩親分子結(jié)構(gòu)，即：一端為親水極性基團，另一端為疏水非極性基團。正是由于其獨特的分子結(jié)構(gòu)，使之在現(xiàn)代化工工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，是構(gòu)成洗滌劑、乳化劑、破乳劑、殺菌劑、消泡劑、潤濕劑、分散劑等重要化工原料的必要組分。表面活性劑分為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、兩性離子型表面活性劑。

潤滑油一般由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成。潤滑油中使用的添加劑有很多是表面活性劑，如清凈分散劑、乳化劑、破乳劑、防銹劑等，通常一種表面活性劑可兼作數(shù)種添加劑。此外，隨著國際上對環(huán)境保護的日益重視，也給潤滑油領(lǐng)域提出了新的要求，環(huán)境友好型潤滑油成為國內(nèi)外潤滑油研發(fā)企業(yè)和機構(gòu)的重要研究方向。同時廢油再生、潤滑油工業(yè)廢水處理也是控制潤滑油環(huán)境污染的重要措施。

1 分散穩(wěn)定性

近年來、國內(nèi)外潤滑油研發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新的進展和突破，納米添加劑的產(chǎn)生和應(yīng)用就是其中之一。納米添加劑的加入主要用于改進潤滑油抗磨減摩特性。然而在制備、使用和儲存過程中，納米添加劑常常會發(fā)生團聚，影響潤滑油的潤滑性能。通過在潤滑油中加入表面活性劑可有效促進納米添加劑在潤滑油中的分散，有效提升其穩(wěn)定性，也可顯著提高其使用和儲存壽命。基于此，學(xué)者們進行了較為廣泛而深刻的研究。

謝鳳等[1]評估了潤滑油中油酸、斯潘80(Span80)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、吐溫80(Tween80)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)5種表面活性劑對納米石墨分散穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)在添加油酸的500SN基礎(chǔ)油中納米石墨的分散穩(wěn)定性最好，最適添加量(質(zhì)量分數(shù))為2%。油酸助分散效果較好的原因是其HLB值最小(HLB為1)和親油性最好。宋立磊等[2]在無添加劑的昆侖5#基礎(chǔ)油中添加Span80與平平加OS-15復(fù)配表面活性劑，探究其對基礎(chǔ)油中平均粒徑為36.2 nm的納米Al2O3的助分散性。實驗測得的昆侖基礎(chǔ)油HLB值為12，因此在確定復(fù)配表面活性劑配比時，控制其HLB復(fù)配值在10～13。HLB復(fù)配由式(1)計算。

(1)

式中HLBa、HLBb、ωa、ωb分別表示表面活性劑a和b的HLB值以及活性劑a和b的復(fù)配質(zhì)量分數(shù)。經(jīng)計算ωa∶ωb=24.5∶75.5，HLB復(fù)配=12。實驗結(jié)果證明：兩種表面活性劑具有協(xié)同作用，對納米Al2O3的分散穩(wěn)定作用好于單劑，其最適添加量為6%(質(zhì)量分數(shù))。

王青寧等[3]在含納米銅粉的10#機械油中添加復(fù)配表面活性劑，通過分光光度法比較不同表面活性劑復(fù)配對納米銅粉分散穩(wěn)定性的促進作用，數(shù)據(jù)如表1所示，其中：A1為離心15 min時吸光度值；A2為離心30 min時吸光度值；S為表面活性劑Span；T為表面活性劑Tween。通過比較發(fā)現(xiàn)：單劑T154(雙聚異丁烯丁二酰亞胺)、T151(單聚異丁烯丁二酰亞胺)、復(fù)合劑Span80與Tween40的分散穩(wěn)定效果較好。王佳[4]采用電化學(xué)方法，使用表面活性劑OP-10(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10)對納米銻(Sb)粒子進行表面改性，提高了其在不同基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性。實驗選用的基礎(chǔ)油分別為液體石蠟(LP)、L-HL22#液壓油、L-AN32#機油，其中：OP-10對L-AN32#機油的適應(yīng)性最強；納米銻分散穩(wěn)定效果最好。相關(guān)數(shù)據(jù)如圖1所示。

表1 加入不同表面活性劑的10#機械油離心吸光度值[3]

圖1 加入OP-10的不同基礎(chǔ)油的離心吸光度值[4]

2 生物降解性

環(huán)境保護標準的不斷提高從可生物降解的角度給潤滑油生產(chǎn)研發(fā)提出了新的要求。研究結(jié)果表明：表面活性劑的加入可顯著降低油水混合體系的界面張力，有效增大微生物與潤滑油的接觸，同時表面活性劑中富含的元素可作為微生物營養(yǎng)物，促進并加速微生物的生長繁殖，有利于潤滑油的生物降解。

王九等[5]探究了表面活性劑對潤滑油生物降解性的影響，選用蓖麻油和L-HL礦物油基液壓油作為研究對象，將陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、非離子型表面活性劑Tween80、陽離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入到所選潤滑油中，其濃度為50 mg/L。研究結(jié)果表明：陽離子型表面活性劑因其本身的抑菌功能降低了潤滑油的生物降解性，而非離子型及陰離子型表面活性劑對于潤滑油的生物降解性則起到促進作用。潤滑油的生物降解能力很大程度上也會受到表面活性劑濃度影響。當(dāng)其濃度在臨界膠束濃度(CMC)以下時，對生物降解起促進作用；當(dāng)超過CMC時，會產(chǎn)生抑制作用。

韋友亮等[6-7]選用4種含氮表面活性劑加入至液體石蠟中，模擬探究含氮表面活性劑對礦物潤滑油生物降解能力的影響機制。實驗結(jié)果表明：對于4種表面活性劑，在加入量相同的情況下，酰基氧化胺的促進效果要好于其余3種——脂肪酸乙醇胺、脂肪酸酰胺、羥乙基咪唑啉。含氮表面活性劑對生物降解能力的促進機理為：能顯著降低混合體系的油-水界面張力，加速微生物生長，從而加快生物降解速率，提高生物降解能力。韋友亮等還對脂肪酸酰胺(FAA)、脂肪酸二乙醇酰胺(FDEA)、脂肪酸乙醇酰胺磷酸酯(FEAP)3種表面活性劑影響潤滑油生物降解能力的情況進行了考察，結(jié)果顯示：3種表面活性劑均可促進潤滑油的生物降解，F(xiàn)EAP的促進效果好于FAA、FDEA。

張楠等[8]研究了月桂酸二乙醇酰胺(LDEA)和油酸二乙醇酰胺(ODEA)對潤滑油生物降解性的影響情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過12 d的培養(yǎng)，添加LDEA和ODEA的液體石蠟生物降解指數(shù)(BDI)分別提高了59.03%和69.31%。陳波水等[9]考察了4種脂肪酰基氨基酸對礦物潤滑油生物降解性的影響情況，實驗結(jié)果表明：脂肪酰基氨基酸的加入可顯著降低油水界面張力，在一定濃度范圍內(nèi)可促進礦物潤滑油的生物降解。

3 潤滑油工業(yè)后處理

要真正達到相應(yīng)的環(huán)保要求，就要從潤滑油生產(chǎn)、廢油處理、廢水處理等各個環(huán)節(jié)對污染進行控制，在污染得到控制的同時也可以實現(xiàn)資源的回收再利用。表面活性劑可以實現(xiàn)對廢油的精制處理，也可以對潤滑油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進行凈化。

張圣領(lǐng)等[10]將復(fù)配磺酸鹽陰離子表面活性劑及聚氧乙烯型非離子表面活性劑作為絮凝劑，加入到以汽油機機油為主的混合廢油中，再以活性白土為吸附劑，對廢油進行精制凈化處理。通過分光光度法及元素分析手段確定了最佳絮凝條件與最佳吸附條件，所得精制油各項理化參數(shù)符合國家標準。

劉晶晶等[11]對幾種發(fā)動機廢油再生回收方法進行了比較，評價方法選用油品理化指標測試和摩擦學(xué)性能實驗。結(jié)果表明：廢油溶劑精制過程中添加適量表面活性劑助劑可大大提高精制效果，提升廢油再生水平。

何金輝等[12]改進潤滑油廢水處理過程中的傳統(tǒng)絮凝方法，向潤滑油乳化廢水中添加一種環(huán)境友好型表面活性劑鼠李糖脂，這種氣浮-絮凝法在潤滑油廢水處理過程中要優(yōu)于傳統(tǒng)絮凝法。綜合比較了鼠李糖脂濃度、pH值、表面活性劑殼聚糖(絮凝劑)加入量及氣浮時間對潤滑油廢水COD(chemical oxygen demand，化學(xué)需氧量)去除率的影響，確定了最佳處理條件：鼠李糖脂添加量為0.5%(質(zhì)量分數(shù))、pH值為7、殼聚糖添加量為0.18%(體積分數(shù))、氣浮時間為10 min。何金輝[13]通過氣浮除油實驗對不同表面活性劑凈化處理潤滑油廢水的效果進行了比較，使用重鉻酸鉀法測定廢水的COD去除率。實驗結(jié)果顯示：復(fù)配表面活性劑的廢水凈化效果要好于單劑，其中鼠李糖脂/SDS按摩爾比5∶1復(fù)配去除效果最好，達97.5%。

Ummarawadee Yanatatsaneejit等[14]研究了非離子型表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚(NP(EO)10)和陰離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)加入量對潤滑油廢水浮選除油效果的影響，比較了表面活性劑總加入量(質(zhì)量分數(shù))分別為3%和5%時的除油效果。實驗結(jié)果表明：表面活性劑濃度的上升可提高單位體積氣泡數(shù)，使氣泡與油滴更好附著，進而提高除油率。

S Watcharasing等[15]探究了陰離子型表面活性劑C14-15(PO)5SO4Na加入量與潤滑油廢水浮選除油過程中除油率的相關(guān)性。實驗結(jié)果表明：該表面活性劑在達到臨界微乳液濃度(CμC，質(zhì)量分數(shù))，即0.5%時，除油效果最好；加入量超過CμC時，因為膠束濃度的上升，導(dǎo)致更多油微粒溶解在膠束中，除油率下降。這一發(fā)現(xiàn)對日后潤滑油廢水浮選除油的設(shè)計和具體操作有一定的指導(dǎo)意義。

4 其他

機油中添加清凈分散劑可有效保持發(fā)動機內(nèi)部清潔，抑制漆膜、積炭、油泥等沉積物的生成。常用清凈分散劑，如石油磺酸鹽、烷基酚鹽、水楊酸鹽、丁二酰亞胺等均為表面活性劑，得到了廣泛的應(yīng)用。其作用機理是通過分散、吸附、增溶等作用使?jié)櫥椭蓄w粒物、不溶物均勻分布，形成膠束溶液，使其不吸附、不沉積、不堵塞油路和濾網(wǎng)[16]。

李黔蜀等[17]將一種自制三元共聚物潤滑油降凝劑(M14)與表面活性劑復(fù)配，加入至150SN基礎(chǔ)油中，添加量為1%(質(zhì)量分數(shù))，所選用表面活性劑分別為Tween20、40、85，Span20、40和6501(椰油脂肪酰二乙醇胺，CDEA)。實驗數(shù)據(jù)如圖2所示。M14與Span40復(fù)配降凝效果最好，優(yōu)于M14，當(dāng)兩者復(fù)配比(質(zhì)量比)為4∶1時，基礎(chǔ)油凝點(ΔSP)下降26℃。

圖2 M14與表面活性劑復(fù)配效果[17]

一些油溶性表面活性劑還可用作潤滑油抗泡劑。鄧廣勇等[18]對潤滑油抗泡劑的類型及抗泡機理進行了闡述。常見抗泡劑有3類：有機硅聚合物、非有機硅聚合物、復(fù)合抗泡劑，其作用為防止?jié)櫥椭袣馀莓a(chǎn)生或?qū)⑸蓺馀荼M快消除。常用的有機硅聚合物是二甲基硅油，常用的非有機硅聚合物為丙烯酸酯和烷基丙烯酸共聚物，而復(fù)合抗泡劑多為上述兩種抗泡劑的復(fù)合，兼具兩者優(yōu)點。

潤滑油破乳化劑一般為油包水(O-W)型表面活性劑，常用的破乳化劑有T1001(二胺縮聚物)、環(huán)氧丙烷或高分子聚醚。付欣等[19]對破乳化劑濃度、其他添加劑對破乳化效果的影響情況進行了研究。數(shù)據(jù)顯示：對于不同破乳化劑，均存在最適添加范圍，在此范圍內(nèi)，破乳化效果最佳；不同添加劑因其乳化性不同，會對破乳化劑產(chǎn)生不同作用。作者還對不同破乳化劑對基礎(chǔ)油的適應(yīng)性進行了探究。

潤滑油防銹劑也廣泛使用表面活性劑，其類型多為油包水型，常見防銹劑為羧酸及羧酸鹽、烷基苯磺酸鹽、含氮兩親分子及部分含磷化合物。

表面活性劑也常用作潤滑油乳化劑，其作用為降低油水之間界面張力，使其混溶，形成均勻穩(wěn)定的分散體系。乳化劑和防銹劑是乳化油研制中不可缺少的重要組分[20]。

5 結(jié)束語

本文綜述了表面活性劑在促進潤滑油分散穩(wěn)定、生物降解、廢油廢水處理及部分添加劑方面的應(yīng)用。目前其應(yīng)用方面的研究日漸增多，但對于表面活性劑作用機理、基礎(chǔ)理論方面的深入研究還遠遠不夠，對于表面活性劑促進潤滑油分散穩(wěn)定的促進效果也無統(tǒng)一量化標準。今后可以進一步拓寬表面活性劑在潤滑油及其他領(lǐng)域中的使用范圍，更加側(cè)重于基礎(chǔ)理論的探索研究，制定更加科學(xué)合理的潤滑油性狀評價標準體系，以求更好地滿足工業(yè)對潤滑油的要求。

[1] 謝鳳,葛世榮,李新年,等.表面活性劑在潤滑油中對納米石墨分散穩(wěn)定性的影響[J].潤滑與密封,2012(4):1-5.

XIE Feng,GE Shirong,LI Xinnian,et al.Influence of Surfactants on the Dispersion Stability of Nano-graphite in the Lubricating Oil[J].Lubrication Engineering,2012(4):1-5.

[2] 宋立磊,朱新河,嚴志軍,等.復(fù)配表面活性劑對納米粒子在潤滑油中分散穩(wěn)定性的影響[J].潤滑與密封,2016(4):82-85.

SONG Lilei,ZHU Xinhe,YAN Zhijun,et al.Research on Dispersion Stability of Nanoparticles Effected by Compound Surfactants in Lubricating Oil[J].Lubrication Engineering,2016(4):82-85.

[3] 王青寧,司寶莉,俞樹榮.復(fù)配表面活性劑對納米銅粉在潤滑油中分散穩(wěn)定性的研究[J].日用化學(xué)工業(yè),2008(4):219-222.

WANG Qingning,SI Baoli,YU Shurong.Study of effect of blended surfactants on dispersing stability of nanosized copper powder in lubricating oil[J].China Surfactant Detergent & Cosmetics,2008(4):219-222.

[4] 王佳.納米銻顆粒在潤滑油中分散性的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué),2014.

WANG Jia.The Research on Dispersion of Sb Nanoparticles in Lubricating Oil[D].Lanzhou:Lanzhou University of Technology,2014.

[5] 王九,陳波水,方建華,等.酸堿性環(huán)境及表面活性劑對潤滑油生物降解的影響[J].潤滑與密封,2013(5):34-37.

WANG Jiu,CHEN Boshui,FANG Jianhua,et al.Influence of Acid & Alkaline Condition and Surfactants on Lubricants’ Biodegradation[J].Lubrication Engineering,2013(5):34-37.

[6] 韋友亮,陳波水,王九,等.含氮表面活性劑促進礦物潤滑油生物降解的作用與機制[J].石油學(xué)報(石油加工),2015(5):1116-1121.

WEI Youliang,CHEN Boshui,WANG Jiu,et al.Effect and Mechanism of Nitrogenous Surfactants on Biodegradation of Mineral Lubricating Oil[J].Acta Petrolei Sinica(Petr-oleum Processing Section),2015(5):1116-1121.

[7] 韋友亮,陳波水,王九,等.酰胺及其酯類表面活性劑對礦物潤滑油基礎(chǔ)油生物降解性的影響[J].石油化工,2015(06):748-752.

Wei Youliang,CHEN Boshui,WANG Jiu,et al.Effects of Fatty Amide Type Surfactants on Biodegradability of Mineral Lubricant Base[J].Petrochemical Technology,2015(6):748-752.

[8] 張楠,陳波水,韋友亮,等.烷醇酰胺類表面活性劑對潤滑油生物降解性影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2015(9):123-126.

ZHANG Nan，CHEN Boshui，WEI Youliang，et al.Impacts of alkanolamide surfactants on biodegradation of lubricating oil[J].Environmental Science & Technology，2015，38(9)：123-126.

[9] 陳波水,張楠,孫霞.脂肪酰基氨基酸促進潤滑油生物降解的作用及機制研究:加速功能材料自主創(chuàng)新，促進西部戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展[C]//2011中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇.重慶:[出版者不詳]，2011.

CHEN Boshui,ZHANG Nan,SUN Xia.Enhanced Biodegradation of Lubricating Oil by FattyAcyl Amino Acids[C]// Proceedings of 2011 China Functional Materials Technology and Industry Forum (CFMTIF 2011).Chongqing:[S.l.],2011.

[10]張圣領(lǐng),劉宏文,趙旭光.廢潤滑油絮凝-吸附再生工藝的研究[J].化學(xué)世界,2002(10):527-529.

ZHANG Shengling,LIU Hongwen,ZHAO Xuguang.Study on Reg eneratio n Process of Used Lubricating Oil[J].Chemical World,2002(10):527-529.

[11]劉晶晶,劉建芳,李健,等.廢汽油機發(fā)動機油的再生及其摩擦學(xué)性能研究[J].潤滑與密封,2012,37(7):21-25.

LIU Jingjing,LIU Jianfang,LI Jian,et al.Regeneration and Tribological Properties Research on Waste Gasoline Engine Oil[J].Lubrication Engineering,2012(7):21-25.

[12]何金輝,姚婧婧,李彥鵬.環(huán)境友好型表面活性劑氣浮處理潤滑油廢水的研究[C]//2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會.昆明:[出版者不詳]，2013.

HE Jinhui,YAO Jingjing,LI Yanpeng.Study on environmental friendly surfactant flotation treatment of lubricating oil wastewater[C]//2013 China Environmental Science Society conference.Kunming:[S.l.],2013.

[13]何金輝.表面活性劑復(fù)配體系氣浮處理潤滑油廢水的研究[D].西安：長安大學(xué),2014.

HE Jinhui.Studying of the surfactant compound system on oil waste water treatment in flotation process[D].Xi’an:Chang’an University,2014.

[14]YANATATSANEEJIT U.Clean-up of Oily Wastewater by Froth Flotation:Effect of Micro-emulsion Formation III:Use of Anionic/Nonionic Surfactant Mixtures and Effect of Relative Volumes of Dissimilar Phases[J].Separation Science and Technology,2005,39(13):3097-3112.

[15]WATCHARASING S,KONGKOWIT W,CHAVADEJ S.Motor oil removal from water by continuous froth flotation using extended surfactant:Effects of air bubble parameters and surfactant concentration[J].Separation & Purification Technology,2009,70(2):179-189.

[16]關(guān)子杰.對清凈分散劑作用機理的再認識[J].潤滑油與燃料,2015(4):1-8.

GUA Zijie.A further understanding of the mechanism of detergent dispersant[J].Lubricating Oil and Fuel,2015(4):1-8.

[17]李黔蜀,華燕青,袁向輝,等.聚甲基丙烯酸酯類潤滑油降凝劑復(fù)配研究[J].廣州化工,2016(7):105-106.

LI Qianshu,HUA Yanqing,YUAN Xianghui,et al.Study on Combination of Polymethacrylate Pour Point Depressant for Lubricating Oil[J].Guangzhou Chemical Industry,2016(7):105-106.

[18]鄧廣勇,劉紅輝,李純錄.潤滑油抗泡劑的類型和機理探討[J].潤滑油,2010(3):41-42.

DENG Guangyong,LIU Honghui,LI Chunlu.Discussion on the Type and Mechanism of Antifoamer for Lubricating Oil[J].Lubricating Oil,2010(3):41-42.

[19]付欣,胡薏冰.潤滑油破乳化劑的應(yīng)用研究[J].株洲工學(xué)院學(xué)報,2002(4):115-117.

FU Xin,HU Yibing.Research and Application of the Oil Demulsifying Agent[J].Journal of Zhuzhou Institute of Technology,2002(4):115-117.

[20]方建華,董凌,王九.潤滑劑添加劑手冊[M].北京：中國石化出版社,2010.

FANG Jianhua,DONG Ling,WANG Jiu.Lubricant additive Handbook [M].Beijing:Sinopec Press,2010.

(責(zé)任編輯 劉 舸)

Application of Surfactant in Lubricating Oil

ZHANG Yi-zhe1，GUO Xiao-chuan1，HE Yan1，SONG Hui2

(1.Logistical Engineering University，Chongqing 401311，China； 2.The No. 93090thTroop of PLA，Shenyang 110015，China)

Surfactant is an important component of many kinds of lubricating oil additives. It has also been a good application in environmental friendly lubricating oil production，regeneration of waste oil and the wastewater treatment of lubricating oil. The present situation of the application of surfactant in the process of oil production is reviewed. The promoting effect of surfactant on the stability and biodegradability of lubricating oil was introduced. Its important role in the regeneration of waste oil and the wastewater treatment process has also been introduced.

surfactant; lubricating oil; dispersion stability; bio degradability

2016-11-28 基金項目：重慶市研究生科研創(chuàng)新項目(CYB16130)

張宜哲(1993—)，男，碩士研究生，主要從事潤滑油研究，E-mail：zhangyizhe5577@163.com；通訊作者 郭小川(1962—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：1418718262@qq.com。

張宜哲， 郭小川，何燕，等.表面活性劑在潤滑油中的應(yīng)用[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2017(3):66-71.

format：ZHANG Yi-zhe，GUO Xiao-chuan，HE Yan, et al.Application of Surfactant in Lubricating Oil[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(3):66-71.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.03.009

TE626.4

A

1674-8425(2017)03-0066-06